碳基复合材料去除水中PPCPs研究进展

近几年来,药品和个人护理产品(PPCPs)的广泛和不当使用导致了严重的水体污染,对生态系统造成了严重影响。碳基复合材料吸附技术是解决水体PPCPs污染问题的重要技术之一,多孔碳材料孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富,同时高度芳香族结构使其具有优异的吸附性能。本文总结了用于去除水中PPCPs的碳基吸附剂种类、制备方法和相关的吸附机制。

微/纳米ZnO的控制合成及其光催化性能

以锌盐和碱为主要原料,采用低温液相法,通过控制反应前驱液的组成,制得针状、花状、棒状和枣核状4种不同形貌的微/纳米ZnO。利用扫描电子显微镜(SEM)、X线能谱仪(EDS)、X线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和热重-差热分析(TG-DTA)等多种手段对产物进行表征,并探讨不同形貌ZnO微/纳米晶的形成机制。以甲基橙模拟有机污染物,考察紫外光照下所得ZnO样品的降解效果。研究结果表明:ZnO晶体的粒度和形貌由其生长习性及成核、生长速率共同控制。ZnO的光催化性能与其颗粒粒度及形貌密切相关,棒状和枣核状ZnO表现出很高的光催化活性,120 min内即可将甲基橙完全降解。

不同生物质为原料的热解生物炭对Pb^(2+)的吸附作用

为了探讨生物质种类对制备热解生物炭吸附去除污染物性能的影响,以水曲柳、花生壳及牛粪为生物质原料,在400℃下热解4 h制备生物炭(FM-BC、PS-BC和CM-BC).对生物炭的产率、灰分、元素组成和表面官能团的变化进行了分析.结果表明,牛粪生物炭的产率最高(57.9%)、灰分最高(66.9%),同时碱性基团和酸性基团数量之比最大.用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)及场发射扫描电子显微镜(FESEM)进行了表征,结果表明,除牛粪生物炭外,其他两种生物炭生成了完全无定形的碳;观察生物炭的形貌,都呈现出多孔炭架结构,孔隙结构非常丰富,并且PS-BC的孔道轮廓更清晰完整.以Pb^(2+)为模型污染物,通过序批式吸附实验比较了不同生物炭的吸附性能,研究了其吸附热力学和动力学行为.在25℃及p H=5.5条件下,FM-BC、PS-BC和CM-BC对Pb^(2+)的饱和吸附量分别为11.99、31.9和197.99 mg·g^(-1),吸附能力由大到小的顺序为CMBC>PS-BC>FM-BC.吸附速率常数分别为0.001 37 g·mg-1·min^(-1),0.000 78 g·mg^(-1)·min^(-1)和0.068 g·mg^(-1)·min^(-1),吸附速率由大到小的顺序为CM-BC>FM-BC>PS-BC.研究证明,生物质的种类影响着生物炭对Pb^(2+)的吸附性能.

ZnO基双组分复合光催化剂的研究进展

ZnO的禁带宽度与TiO2相近,光催化降解机理与TiO2相同,所以ZnO本质上也是一种优良的光催化材料.近年来,有关微/纳米ZnO光催化剂的报道不断增多,但其光催化效率和光化学稳定性仍有待进一步提高.半导体复合法是改善半导体光催化剂性能的一种常用方法.本文中,笔者综述了目前ZnO基双组分复合光催化剂的研究进展,总结概括了ZnO基双组分复合物的光催化机理,并展望了ZnO基复合光催化剂的发展趋势.

添加剂后改性生物炭的制备及其对Pb2+的吸附作用

为了探讨添加剂种类对后改性生物炭吸附性能的影响,制备水曲柳生物炭,后用添加剂对其进行改性,添加剂分别为盐酸、氢氧化钠、高锰酸钾、丙酮、过氧化氢、水,以Pb^2+为模型污染物,测试其吸附性能。研究发现,碱和高锰酸钾溶液后改性生物炭对Pb^2+的吸附性能提升作用较大,吸附去除率分别为99%和80%。对生物炭材料进行了特性表征,包括灰分的测定、元素的分析、比表面和孔径分析、晶型和形貌分析。结果表明:BC-Mn生成生物炭和含锰化合物的复合物,增加了无机化合物灰分的含量,BC-OH和BC-Mn含氧官能团增多,具有很强的离子交换能力和金属络合作用,同时碱性官能团的增加有利于吸附污染物生成沉淀,碱性官能团和含氧官能团增多是引起吸附性能提高的主要原因。研究了其吸附动力学行为,在25℃、pH=5.5条件下,吸附速率由大到小的顺序为BC-Mn>BC-OH>BC。研究证明,后改性过程中添加剂种类影响着后改性生物炭的吸附性能。

水合氧化铁的制备及其吸附性能研究

采用恒pH沉淀法,以NaOH溶液为沉淀剂,在溶液pH为3~9的范围内制得4种水合氧化铁（即水铁矿,Fh）。通过XRD、表面零电荷时pH（pHPZC）的测定、N2吸附-脱附对其进行了表征。研究了溶液pH对Fh的甲基橙去除率的影响。表征结果显示：4种Fh均为2-线Fh;它们的pHPZC为6.7~7.9;溶液pH为5,7,9时制备的Fh（Fh5,Fh7,Fh9）的N2吸附-脱附曲线均为IUPAC定义的第Ⅲ种类型。实验结果表明：4种Fh均在溶液pH为4时对甲基橙去除率最高;当甲基橙初始质量浓度为30 mg/L时,Fh5对甲基橙的去除率最高,为92.8%。Langmuir方程更适合描述Fh5对甲基橙的吸附行为,甲基橙在Fh5上产生单分子层吸附,该吸附是自发、放热的物理吸附过程。

Zn2SiO4-ZnO-生物炭复合物的制备及其可见光催化H2O2降解甲硝唑

以松木碱解液代替NaOH溶液作为锌盐沉淀剂,采用水热法制备了Zn2SiO4-ZnO-生物炭三元复合材料(SOB-x-y, x代表松木粉的用量, y代表NaOH浓度),通过不同手段对样品进行表征,研究了光催化H2O2降解甲硝唑的性能。结果表明,制备的催化剂由枣核状硅锌矿型Zn2SiO4介晶、多边形六方晶相ZnO和松木生物炭构成;与纯六方晶相ZnO相比,它具有更大的比表面积与孔容、更小的带隙能和更弱的荧光发射,因而具有更好的光催化活性。Zn2SiO4-ZnO-生物炭对甲硝唑的光催化H2O2降解过程符合准一级动力学方程,其催化活性随NaOH浓度的增大而提高,随松木粉用量的增加先增加后减小,以SOB-3-4的性能最优。SOB-3-4的速率常数(k)和降解率(h)随pH的降低而增大,随H2O2浓度的升高而增大,随催化剂用量的增加先增大后减小;甲硝唑的降解率随其初始浓度的升高逐渐越低。当初始pH为3、催化剂用量为0.4 g/L、H2O2投加浓度为80 mmol/L及甲硝唑初始浓度为300 mg/L时, k为2.68×10–2 min–1,反应3 h后h达到99.70%。本研究结果对处理难降解制药废水提供了重要的实验依据。